CN204252980U - 一种分层注水管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分层注水管柱，包括能伸入油气井套管中的管柱，管柱具有靠近油气井井口的第一端和远离井口的第二端；设置于靠近管柱第二端的单向阀，单向阀能限制在管柱中的液体向套管环空中流动；设置在管柱第一端和单向阀之间的第一封隔器，第一封隔器具有单向卡瓦的锚定总成，锚定总成的单向卡瓦能使第一封隔器锚定于套管上，且其能依靠重力坐封；设置于第一封隔器与单向阀之间的第二封隔器，第二封隔器具有坐封机构，其能通过液压坐封。本实用新型的一种分层注水管柱通过将两个承压特点不同的封隔器串接在一起，有效解决小套管中封隔器因尺寸较小导致的坐封效果不佳的问题，从而实现小套管的分层注水。

Description

一种分层注水管柱

技术领域

本实用新型属于分层注水技术领域，尤其涉及一种分层注水管柱。

背景技术

随着油田的开发，油井边底水不再活跃，天然能量降低，尤其是一些油田开发进入高含水的减产期，如果继续依靠天然能量开采，则采油的速度以及采收率都很低，为了提高油层的供油能力，通过注水增压方法是目前保持地层能量所采用的主要措施。通过油田注水吞吐采油方法来稳定地层中的压力是提高采收率、延长油田开采期、确保油田稳产高产的重要手段，其本质是在油田开发中后期阶段采取水驱油的开采方式，将地下水或原油中分离出来的游离水注入到油层中，其作用主要是维持地下油层压力，保证注采平衡，即通过注入水来填充采出油的空间。

油田注水大致分为合注和分注两者工艺。其中合注又称为笼统注水，其是指在井口采用同一压力且不对各注水层进行分置处理的注水工艺；该方法的优点是操作简单，成本较低，缺点是对地下各层压力缺乏控制，且由于各层渗透性能不同，在对一些油层产生驱油作用的同时，对另外一些油层则有可能产生异常高压，导致注入水突进，随着注水时间的延长，注入水主要进入渗透率较大的油层，严重时甚至造成水淹油层。因此，合注适用于层系较少、且各层渗透率基本相似的储层。而随着油田开采到中后期，由于各油层的开采时间与开采力度不同，导致层间矛盾加剧，所述层间矛盾加剧是指层间渗透率差异大，各层允许流体通过的能力不同，使用合注已经不能满足要求，此时解决层间矛盾常用的方法是采用分注，所谓分注是根据各油层注水驱油通过能力的差异，在不同油层的相应部位安装大小不等的水嘴调控注入层的给水压力，达到合理分配注水量压力，以满足各油层有足够压力驱油的目的。

目前，在常规套管如5in，及7in套管中的分注工艺已应用成熟，而诸如4in的套管却仍采用笼统注水方式。究其原因，是由于套管管径减小，造成套管环形空间缩小，进行分层注水所需的重要井下工具—封隔器，径向尺寸排列矛盾突出，造成4in小套管分层注水工艺的配套工具研制变的较为困难。具体地，由于封隔器在井下进行作业时，需有坐封机构、锁定机构、密封机构和解封机构，必要时还要有锚定机构及返洗机构，这些机构相互关联，配合工作，造成封隔器的结构较为复杂精细，机构相互之间的动作传递需要有一定的空间，这就要求封隔器在径向上须有预定的尺寸。而4in套管中形成的环形空间较常规套管小，在保证注水量的前提下，即封隔器内径不可能太小，否则无法满足注水需求，这样预留给上述机构的径向空间将十分有限，在保证基本的坐封、锁定、密封和解封的功能的前提下，实现这些功能的结构的尺寸将相应的变小，且尺寸变小后的机构又必须保证一定的精度，因此4in小套管中配套使用的封隔器研制较为困难。此外，阻碍封隔器尺寸变小的另一个因素是，尺寸较小的封隔器的坐封效果较差。就常用的Y341压缩型封隔器而言，其基本坐封原理是从井口的管柱加压，液压经管柱传到封隔器，推动坐封活塞挤压胶筒，使其发生胀鼓而坐封。使胶筒胀鼓变形并最终坐封在套管上，需对其施加较大挤压力，由公式可知：

F＝P·S

其中：F-挤压力；

P-压强；

S-承压面积。

地面泵组能够泵输的压强P是一定的，因此挤压力F与承压面积S呈正比例关系。很显然，尺寸较小的封隔器的承压面积S较小，直接导致挤压力F变小，坐封效果变差。

综上所述，由于现有技术中尚无与4in小套管相配置的封隔器，导致4in小套管分层注水工艺难以实现。

实用新型内容

针对现有技术针对4in小套管难以实现分层注水的问题，本实用新型提供一种分层注水管柱。该分层注水管柱解决4in小套管分层注水的思路是将承压特点不同的两个封隔器串接在一起，形成一个封隔单元，使封隔单元中两个不同的封隔器分别承上下压，达到4in小套管分层注水的目的。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种分层注水管柱，包括：

能伸入油气井套管中的管柱，所述管柱具有在伸入所述套管中时，靠近所述油气井井口的第一端，和远离所述井口的第二端，所述管柱与所述套管之间形成套管环空；

设置于靠近所述第二端的单向阀，所述单向阀能限制在所述管柱中的液体向所述套管环空中流动；

设置在所述第一端和所述单向阀之间的第一封隔器，所述第一封隔器具有单向卡瓦的锚定总成，所述锚定机构的单向卡瓦能使所述第一封隔器锚定于所述套管上，所述第一封隔器能依靠重力坐封；

设置于所述第一封隔器与所述单向阀之间的第二封隔器，所述第二封隔器具有坐封机构，所述第二封隔器能通过液压坐封。

如上所述一种分层注水管柱，所述第一封隔器和所述第二封隔器通过所述管柱串接在一起，所述第一封隔器承上压，所述第二封隔器承下压。

如上所述一种分层注水管柱，所述第一封隔器包括上接头、下接头和中心管，所述上接头和所述下接头分别连接在所述中心管的上下两端，所述中心管外侧由上而下依次设置有密封总成、锚定总成和扶正总成，所述密封总成包括多个胶筒及相应数量的隔环、调节环、锥体压盖；所述多个胶筒套设在所述中心管的外侧，所述的隔环套设于所述胶筒之间；所述调节环固定套接在所述中心管的外侧，且与所述多个胶筒的上端面相顶抵；所述锥体压盖套接在所述中心管的外侧，且与所述多个胶筒的下端面相顶抵。

如上所述一种分层注水管柱，所述的锚定总成包括锥体、卡瓦，所述锥体和所述卡瓦固定套设于所述外中心管外侧。

如上所述一种分层注水管柱，所述的扶正总成包括扶正块、扶正体、扶正环；所述扶正块套设在所述中心管外侧，其上端面与所述卡瓦下端面相顶抵，所述扶正块上设置有防转销钉，所述扶正环处设置有轨道销钉，所述中心管上开设有能供所述轨道销钉滑动的轨道换向槽。

如上所述一种分层注水管柱，所述第二封隔器包括上接头、下接头和中心管，所述上接头和所述下接头分别连接在所述中心管的上下两端，所述中心管外侧由上而下依次设置有锁紧机构、密封机构和坐封机构，所述坐封机构包括坐封缸套和坐封活塞，所述坐封缸套下端螺接于所述下接头的外侧，所述坐封缸套与所述中心管之间形成第一坐封缸，所述坐封活塞能在所述第一坐封缸内沿轴向移动，所述坐封活塞上包括与其一体设置的活塞套，固定设置在所述坐封活塞和所述坐封套之间的固定活塞，所述固定活塞与所述坐封套形成第二坐封缸，所述中心管侧壁对应于所述第一坐封缸和所述第二坐封缸分别开设有第一孔眼和第二孔眼。

如上所述一种分层注水管柱，所述的锁紧机构包括滑座和连接套，所述滑座上设置有卡簧，所述连接套内壁设置有能与所述卡簧相锁合的锯齿形锁扣，所述连接套上端螺接于所述上接头的外侧，所述连接套与所述中心管形成锁紧缸，所述滑座能在所锁紧缸内沿轴向移动；套设于所述中心管外侧的外中心管，螺接在所述外中心管上端的被帽，所述滑套通过解封销钉与所述被帽固定连接。

如上所述一种分层注水管柱，所述的密封机构包括多个胶筒及相应数量的隔环、上挡环、下档环；所述多个胶筒套设在所述外中心管的外侧，所述的隔环套设于所述胶筒之间；所述上挡环固定套接在所述外中心管的外侧，且与所述多个胶筒的上端面相顶抵；所述下挡环套接在所述外中心管的外侧，且与所述多个胶筒的下端面相顶抵。

如上所述一种分层注水管柱，所述管柱第二端的端部设置有丝堵，在所述丝堵与所述单向阀之间设置有筛管。

如上所述一种分层注水管柱，包括第一注水管线和第二注水管线，所述第一注水管线和第二注水管线上分别设置有第一流量阀和第二流量阀，所述第一注水管线能向所述管柱中注水，所述第二注水管线能向套管环空中注水，所述第一流量阀和所述第二流量阀能分别控制所述第一注水管线和所述第二注水管线的注水流量。

借由以上的技术方案，本实用新型的一种分层注水管柱的有益效果在于：针对现有技术无法实现4in小套管的分层注水，本实用新型提供一种分层注水管柱。该分层注水管柱通过在管柱上设置串接在一起的第一封隔器和第二封隔器，利用这两个不同的封隔器承压的特点，使第一封隔器承上压，第二封隔器承下压，实现4in小套管的分层注水。

此外，本实用新型的一种分层注水管柱通过在第一注水和第二注水管线上分别设置第一流量阀和第二流量阀，可在地面上实现分层注水水量的调整，取消常规分层注水通过投捞配水器来控制注水量，从而节省工序。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种分层注水管柱的结构示意图；

图2为图1中第一封隔器的结构示意图；

图3为图1中第二封隔器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1。一种分层注水管柱，包括：能伸入油气井套管19中的管柱21，所述管柱21具有在伸入所述套管19中时，靠近所述油气井井口的第一端，和远离所述井口的第二端，所述管柱21与所述套管19之间形成套管环空17；设置于靠近所述第二端的单向阀23，所述单向阀23能限制在所述管柱19中的液体向所述套管环空17中流动；设置在所述第一端和所述单向阀23之间的第一封隔器1，所述第一封隔器1具有单向卡瓦的锚定总成，所述锚定机构的单向卡瓦能使所述第一封隔器1锚定于所述套管19上，所述第一封隔器1能依靠重力坐封；设置于所述第一封隔器1与所述单向阀23之间的第二封隔器2，所述第二封隔器2具有坐封机构，所述第二封隔器2能通过液压坐封。

其中单向阀23的作用是：由第一封隔器1和第二封隔器2组成的封隔单元将套管环空17分割成上环空171和下环空172，向单向阀23中投放钢球，钢球坐落在单向阀23的球座上，然后向管柱19中打压液体憋压，所憋压力使第二封隔器2坐封，继续打压，当压力超过一定值后，钢球连带单向阀23中的球座掉落，使管柱19与套管21接通。

本实施方式的一种分层注水管柱通过在管柱19上设置串接在一起的第一封隔器1和第二封隔器2，利用这两个不同的封隔器承压的特点，使第一封隔器1承上压，第二封隔器2承下压，实现4in小套管的分层注水。

针对4in小套管分层注水存在的因封隔器尺寸较小导致的坐封效果不好，无法实现分层注水的问题，本实用新型的一种分层注水管柱提供的思路是，将两个承压特点不同的封隔器串接在一起，利用具有单向卡瓦的第一封隔器1承上压性能较好的特点，将其设置在第二封隔器2的上端，使其承受上压；利用第二封隔器2采用液压坐封承上下压较为平衡的特点，将其设置在第一封隔器1的下端，使其承下压，两者配合使用坐封，达到4in小套管的分层注水的目的。

本实施方式中的第一封隔器1采用的是一种单向卡瓦支撑旋转管柱坐封的封隔器，其具体结构示意图请参见图2。所述第一封隔器1包括上接头10、下接头20和中心管4，所述上接头10和所述下接头20分别连接在所述中心管4的上下两端，所述中心管4外侧由上而下依次设置有密封总成、锚定总成和扶正总成，所述密封总成包括多个胶筒5及相应数量的隔环6、调节环3、锥体压盖7；所述多个胶筒5套设在所述中心管4的外侧，所述的隔环6套设于所述胶筒5之间；所述调节环3固定套接在所述中心管4的外侧，且与所述多个胶筒5的上端面相顶抵；所述锥体压盖7套接在所述中心管4的外侧，且与所述多个胶筒5的下端面相顶抵。所述的锚定总成包括锥体8、卡瓦9，所述锥体8和所述卡瓦9固定套设于所述中心管4的外侧。所述的扶正总成包括扶正块14、扶正体12、扶正环16；所述扶正块14套设在所述中心管4的外侧，其上端面与所述卡瓦9下端面相顶抵，所述扶正块14上设置有防转销钉18，所述扶正环16处设置有轨道销钉，所述中心管4上开设有能供所述轨道销钉滑动的轨道换向槽。

第一封隔器1下井时，轨道销钉处于轨道换向槽的下死点。在第一封隔器1下入的过程中，由于扶正体12与套管19之间存在摩擦，卡瓦9有向上移动的趋势，轨道销钉顶撑着轨道换向槽的下死点，即是为了防止中途锚定；当下至设计位置时，上提第一封隔器1使轨道销钉处于轨道换向槽的上死点，然后旋转管柱，轨道销钉借助扶正体12与套管19之间的摩擦力，脱开轨道换向槽，下放第一封隔器1，锥体8***卡瓦9，使其被撑开并咬住套管19的内壁，这时再下放管柱21，在管柱21的重力作用下，第一封隔器1的胶筒5被压缩坐封。

由于具有单向卡瓦的锚定总成，及依靠重力坐封的特点，因此第一封隔器1承上压性能较好，可采用常见的Y211型封隔器作为第一封隔器1。

本实施方式中的第二封隔器2的结构示意图请参见图3。所述第二封隔器2包括上接头30、下接头40和中心管49，所述上接头30和所述下接头40分别连接在所述中心管49的上下两端，所述中心管49外侧由上而下依次设置有锁紧机构、密封机构和坐封机构，所述坐封机构包括坐封缸套33和坐封活塞35，所述坐封缸套33下端螺接于所述下接头40的外侧，所述坐封缸套33与所述中心管49之间形成第一坐封缸34，所述坐封活塞35能在所述第一坐封缸34内沿轴向移动，所述坐封活塞35上包括与其一体设置的活塞套38，固定设置在所述坐封活塞35和所述坐封套38之间的固定活塞36，所述固定活塞36与所述坐封套39形成第二坐封缸37，所述中心管49侧壁对应于所述第一坐封缸34和所述第二坐封缸37分别开设有第一孔眼31和第二孔眼32。通过管柱19向第二封隔器2中打压液体时，经第一孔眼31进入的液体在第一坐封缸34内憋压，高压液体推动设置在第一坐封缸34内的坐封活塞35沿轴向向上移动，进而带动与之一体设置的坐封套38移动；经第二孔眼32进入的液体在第二坐封缸37内憋压，高压液体直接作用在坐封套38上使其移动，通过合力，使挤压力增大。

所述的锁紧机构包括滑座52和连接套44，所述滑座52上设置有卡簧46，所述连接套44内壁设置有能与所述卡簧46相锁合的锯齿形锁扣45，所述连接套44上端螺接于所述上接头30的外侧，所述连接套44与所述中心管49形成锁紧缸53，所述滑座52能在所锁紧缸53内沿轴向移动；套设于所述中心管49外侧的外中心管50，螺接在所述外中心管50上端的被帽48，所述滑套52通过解封销钉47与所述被帽48固定连接。

所述的密封机构包括胶筒41和胶筒42，及相应数量的隔环15，上挡环43，下档环39；所述胶筒41、胶筒42和胶筒53套设在所述外中心管50的外侧，所述的隔环51套设于所述胶筒41和胶筒42之间；所述上挡环43固定套接在所述外中心管50的外侧，且与所述胶筒41的上端面相顶抵；所述下挡环39套接在所述外中心管50的外侧，且与所述胶筒53的下端面相顶抵。

第二封隔器2的工作原理是：高压液体通过作用于坐封活塞35和坐封套38，推动下挡环39上行挤压胶筒53。为了平衡挤压力，本实用新型的一种分层注水管柱采用了不同硬度的胶筒，具体是胶筒41与胶筒53是硬胶筒，胶筒42软胶筒，因此当外中心管50移动使胶筒变形时，首先是胶筒41和胶筒53发生胀鼓变形，随着液压继续增大，处于胶筒53和胶筒41之间的硬胶筒42变形，直至完全坐封。在外中心管50上行的过程中，设置于外中心管50上端的被帽48通过解封销钉47带动滑座52向上移动，至滑座52上的卡簧46与连接套44上的锯齿形锁扣45相锁合，当泄压后，使外中心管50不会下行自动解封。解封时，上提管柱19，外中心管50带动被帽48有上行的趋势，连接套44通过胶筒与套管21之间的摩擦力固定，使得连接被帽48与连接套44的解封销钉47受到剪切力的作用，且由于胶筒与套管21之间的摩擦力大于解封销钉47的抗剪力，从而使解封销钉47被剪断，外中心管50受到的约束解除而下行，使胶筒回复原状，完全解封。

第二封隔器2通过液压推动坐封活塞挤压胶筒坐封，因此可采用常用的Y341型压缩式封隔器。

本实施方式中，所述管柱19第二端的端部设置有丝堵27，在所述丝堵27与所述单向阀23之间设置有筛管25。

注水时，本实施方式的一种分层注水管柱包括第一注水管线151和第二注水管线131，所述第一注水管线151和第二注水管线131上分别设置有第一流量阀15和第二流量阀13，所述第一注水管线151能向所述管柱19中注水，所述第二注水管线131能向上环空171中注水，所述第一流量阀15和所述第二流量阀13能分别控制所述第一注水管线151和所述第二注水管线131的注水流量。通过在第一注水管线151和第二注水管线131上分别设置第一流量阀15和第二流量阀13，可在地面上实现分层注水水量的调整，取消常规分层注水通过投捞配水器来控制注水量，从而节省工序。

本实用新型的一种分层注水管柱通过在管柱上设置串接在一起的第一封隔器和第二封隔器，利用这两个不同的封隔器承压的特点，使第一封隔器承上压，第二封隔器承下压，实现4in小套管的分层注水。当然本实用新型提供的思路，即将承压特点不同的封隔器组成封隔单元，使各封隔器非别承上下压，不仅可以应用于4in小套管的分层注水，常规套管的分层注水也同样适用。

此外，本实用新型的一种分层注水管柱通过在第一注水和第二注水管线上分别设置第一流量阀和第二流量阀，可在地面上实现分层注水水量的调整，取消常规分层注水通过投捞配水器来控制注水量，从而节省工序。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分层注水管柱，其特征在于，包括：

能伸入油气井套管中的管柱，所述管柱具有在伸入所述套管中时，靠近所述油气井井口的第一端，和远离所述井口的第二端，所述管柱与所述套管之间形成套管环空；

设置于靠近所述第二端的单向阀，所述单向阀能限制在所述管柱中的液体向所述套管环空中流动；

设置在所述第一端和所述单向阀之间的第一封隔器，所述第一封隔器具有单向卡瓦的锚定总成，所述锚定总成的单向卡瓦能使所述第一封隔器锚定于所述套管上，所述第一封隔器能依靠重力坐封；

设置于所述第一封隔器与所述单向阀之间的第二封隔器，所述第二封隔器具有坐封机构，所述第二封隔器能通过液压坐封。

2.如权利要求1所述的分层注水管柱，其特征在于：所述第一封隔器和所述第二封隔器通过所述管柱串接在一起，所述第一封隔器承上压，所述第二封隔器承下压。

3.如权利要求1所述的分层注水管柱，其特征在于：所述第一封隔器包括上接头、下接头和中心管，所述上接头和所述下接头分别连接在所述中心管的上下两端，所述中心管外侧由上而下依次设置有密封总成、锚定总成和扶正总成，所述密封总成包括多个胶筒及相应数量的隔环、调节环、锥体压盖；所述多个胶筒套设在所述中心管的外侧，所述的隔环套设于所述胶筒之间；所述调节环固定套接在所述中心管的外侧，且与所述多个胶筒的上端面相顶抵；所述锥体压盖套接在所述中心管的外侧，且与所述多个胶筒的下端面相顶抵。

4.如权利要求3所述的分层注水管柱，其特征在于：所述的锚定总成包括锥体、卡瓦，所述锥体和所述卡瓦固定套设于所述中心管外侧。

5.如权利要求4所述的分层注水管柱，其特征在于：所述的扶正总成包括扶正块、扶正体、扶正环；所述扶正块套设在所述中心管外侧，其上端面与所述卡瓦下端面相顶抵，所述扶正块上设置有防转销钉，所述扶正环处设置有轨道销钉，所述中心管上开设有能供所述轨道销钉滑动的轨道换向槽。

6.如权利要求1所述的分层注水管柱，其特征在于：所述第二封隔器包括上接头、下接头和中心管，所述上接头和所述下接头分别连接在所述中心管的上下两端，所述中心管外侧由上而下依次设置有锁紧机构、密封机构和坐封机构，所述坐封机构包括坐封缸套和坐封活塞，所述坐封缸套下端螺接于所述下接头的外侧，所述坐封缸套与所述中心管之间形成第一坐封缸，所述坐封活塞能在所述第一坐封缸内沿轴向移动，所述坐封活塞上包括与其一体设置的活塞套，固定设置在所述坐封活塞和所述坐封套之间的固定活塞，所述固定活塞与所述坐封套形成第二坐封缸，所述中心管侧壁对应于所述第一坐封缸和所述第二坐封缸分别开设有第一孔眼和第二孔眼。

7.如权利要求6所述的分层注水管柱，其特征在于：所述的锁紧机构包括滑座和连接套，所述滑座上设置有卡簧，所述连接套内壁设置有能与所述卡簧相锁合的锯齿形锁扣，所述连接套上端螺接于所述上接头的外侧，所述连接套与所述中心管形成锁紧缸，所述滑座能在所锁紧缸内沿轴向移动；套设于所述中心管外侧的外中心管，螺接在所述外中心管上端的被帽，所述滑套通过解封销钉与所述被帽固定连接。

8.如权利要求7所述的分层注水管柱，其特征在于：所述的密封机构包括多个胶筒及相应数量的隔环、上挡环、下档环；所述多个胶筒套设在所述外中心管的外侧，所述的隔环套设于所述胶筒之间；所述上挡环固定套接在所述外中心管的外侧，且与所述多个胶筒的上端面相顶抵；所述下挡环套接在所述外中心管的外侧，且与所述多个胶筒的下端面相顶抵。

9.如权利要求1所述的分层注水管柱，其特征在于：所述管柱第二端的端部设置有丝堵，在所述丝堵与所述单向阀之间设置有筛管。

10.如权利要求1至9任一项所述的分层注水管柱，其特征在于：包括第一注水管线和第二注水管线，所述第一注水管线和第二注水管线上分别设置有第一流量阀和第二流量阀，所述第一注水管线能向所述管柱中注水，所述第二注水管线能向套管环空中注水，所述第一流量阀和所述第二流量阀能分别控制所述第一注水管线和所述第二注水管线的注水流量。